慢性阻塞性肺疾病患者組織基質(zhì)金屬蛋白酶-9、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1及血管內(nèi)皮生長因子測(cè)定的臨床價(jià)值

卓致遠(yuǎn) 張 琦 付國昊

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD) 是一種以氣流受限為特征的慢性氣道炎癥性疾病，具有較高的患病率和病死率[1]，給患者家庭及社會(huì)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。研究發(fā)現(xiàn)， COPD 的發(fā)生機(jī)制是多種因素共同作用的結(jié)果，而蛋白酶/抗蛋白酶失衡學(xué)說在其發(fā)病機(jī)制的研究中起重要作用，其中基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinases 9,MMP-9)和組織型金屬蛋白酶抑制物-1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1,TIMP-1)平衡失調(diào)即MMP-9 /TIMP-1 比值的變化在COPD 發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[3]。在近年來COPD患者發(fā)病機(jī)制中，血管新生和肺血管重構(gòu)進(jìn)程尤為重要，許多血管生成促進(jìn)因子參與其中。其中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)作為血小板源性生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)的重要一員，被認(rèn)為是參與血管新生和重構(gòu)的最重要的因子。本研究通過檢測(cè)COPD急性加重期(AECOPD)及穩(wěn)定期患者血清中的MMP-9、TIMP-1及VEGF水平，并監(jiān)測(cè)AECOPD 患者治療前后血清中上述指標(biāo)水平變化，探討其與COPD不同病程階段及肺通氣功能的相關(guān)性, 以期為研究COPD 發(fā)病機(jī)制和臨床診治COPD 提供新策略。

資料與方法

1.病例資料 根據(jù)慢性阻塞性肺疾病診治全球策略(2011 年修訂版)，患者在吸入支氣管舒張劑后，若 FEV1/FVC<70%，即可定義為不完全可逆性氣流受限，該類患者在排除其他慢性支氣管肺疾病，可確診為慢性阻塞性疾病。本研究根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，選擇2015年7月至2016年6月，于我院就診并確診的COPD患者共73例設(shè)為COPD組，分為以下兩個(gè)亞組：于本院呼吸內(nèi)科住院的慢性阻塞性肺病急性加重期患者34例為A組；同期門診隨訪的慢性阻塞性肺病穩(wěn)定期患者39例為B組；A、B兩組患者入組前均無長期吸入糖皮質(zhì)激素(ICS) 及長效β2 受體激動(dòng)劑(LABA) 史。選擇健康體檢無吸煙史或戒煙5年以上志愿者為健康對(duì)照組(C組)，該組患者近1個(gè)月無呼吸系統(tǒng)疾病史，經(jīng)病史詢問、體格檢查、胸X線檢查、肺通氣功能測(cè)定(包括支氣管舒張?jiān)囼?yàn))均未發(fā)現(xiàn)異常，共32例為對(duì)照組(C組)。所有入組患者均同意并簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：不能配合肺功能檢查者；嚴(yán)重心、肝、腎功能損害者。退出標(biāo)準(zhǔn):患者或家屬以任何理由要求中途退出治療或隨訪期失聯(lián)者。

2.檢測(cè)方法 B組患者及C組受檢者入組后清晨空腹抽血，行肺功能檢查，A組患者為入院次日清晨空腹抽血并行肺功能檢查。采用雙抗體夾心酶聯(lián)免疫吸附(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)試驗(yàn)法檢測(cè)MMP-9、TIMP-1、VEGF的濃度。肺功能檢查結(jié)果記錄FEV1及FCV占預(yù)計(jì)值數(shù)值。

3.肺通氣功能檢測(cè) 所有受試對(duì)象吸入支氣管舒張劑后行肺功能通氣檢測(cè)，測(cè)各組研究對(duì)象用力最大肺活量(FVC)、第一秒用力呼氣容積(FEV1)，計(jì)算FEV1/FVC百分比及FEV1占預(yù)計(jì)值百分比，各做3次，取最佳值。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包處理數(shù)據(jù)。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，三組比較采用方差分析,兩組比較采用SNK法；相關(guān)性分析采用Pearson線性相關(guān)分析法。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.共納入本實(shí)驗(yàn)受檢者共105例，男性66例，女性39例，年齡46～80歲，平均年齡63.2歲。COPD組和對(duì)照組受檢者性別、年齡比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)，具有可比性，兩組受試者肺功能指標(biāo)具有顯著性差異(P<0.01)。

表1 兩組患者一般資料

COPD 組急性加重期患者血清VEGF、MMP-9 及 TIMP-1 的水平以及MMP-9/TIMP-1比值均明顯高于正常對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)

2.COPD 組穩(wěn)定期患者血清VEGF、MMP-9 及 TIMP-1 的水平以及MMP-9/TIMP-1比值均明顯高于正常對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，尤其是MMP-9、MMP/TIMP-1比值、VEGF水平差異更為顯著(P<0.01,表2)。

COPD 組急性加重期VEGF、MMP-9 及 TIMP-1 的水平以及MMP-9/TIMP-1比值與穩(wěn)定期相比明顯升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，尤其是MMP-9、MMP/TIMP-1比值、VEGF水平差異更為顯著(P<0.01)。

表2 三組受試者M(jìn)MP、TIMP-1、VEGF的濃度分析

3.相關(guān)分析 (1)對(duì) COPD急性加重期及穩(wěn)定期組患者VEGF、MMP-9 及 TIMP-1 血清濃度進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表3。

COPD 組中，MMP-9 與TIMP-1存在顯著正相關(guān)性，VEGF與MMP-9、TIMP-1分別具有顯著的正相關(guān)性，VEGF與MMP-9/TIMP-1比值有良好的正相關(guān)性。

(2)COPD組患者VEGF、MMP-9、TIMP-1濃度與肺功能的相關(guān)性分析(表4)。

COPD組患者血漿中MMP-9、TIMP-1濃度、VEGF濃度與FEV1 /FVC%、FEV1占預(yù)計(jì)值 %均呈顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.01，圖1)。MMP-9/TIMP-1濃度比值與FEV1占預(yù)計(jì)值 %呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)性(P<0.05)，與FEV1 /FVC%成更為顯著的負(fù)相關(guān)性 (P<0.01)。

表3 COPD組患者VEGF、MMP-9 及 TIMP-1 血清濃度相關(guān)分析結(jié)果

表4 VEGF、MMP-9、TIMP-1及MMP-9/TIMP-1與FEV1/FVC%，F(xiàn)EV1占預(yù)計(jì)值 %相關(guān)分析結(jié)果

討 論

慢性阻塞性肺疾病是一種慢性呼吸系統(tǒng)疾病，COPD 是可以預(yù)防和可以治療的常見疾病[4]。COPD 的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣，目前其具體的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，普遍認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制是多種因素作用的結(jié)果。蛋白酶/抗蛋白酶失衡學(xué)說是近數(shù)十年來較為廣泛接受的COPD發(fā)病機(jī)制學(xué)說。研究認(rèn)為，COPD發(fā)生、發(fā)展的重要原因之一是肺組織中彈性基質(zhì)成分的降解，而調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)ECM降解合成的主要酶類即本研究所涉及的MMP-9及TIMP-1[3]。

基質(zhì)金屬蛋白酶家族(MMPs)是進(jìn)化高度保守的一類酶，能降解大部分ECM及蛋白成分，參與呼吸道構(gòu)建，按底物分為明膠酶、間質(zhì)膠原酶、基質(zhì)溶解素、膜型基質(zhì)金屬蛋白酶及其他；MMP-9又稱明膠酶B，是明膠酶類的主要成分，是一種鋅離子依賴性內(nèi)肽酶，在呼吸系統(tǒng)，主要由中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及粒細(xì)胞等多種細(xì)胞合成和分泌[5]。MMP-9的增加加速了呼吸道管壁ECM的降解，進(jìn)而使得基底膜崩裂，誘導(dǎo)炎性細(xì)胞在氣道的聚集，增加了氣道高反應(yīng)性[6]。

TIMPs 是一組低分子量糖蛋白，可以抑制MMPs的活性。包括TIMP-1，TIMP-2，TIMP-3，TIMP-4四個(gè)家族成員，其中TIMP-1是MMP-9的天然組織抑制劑，正常情況下TIMP-1 以1∶1的分子比例與pro-MMP-9 或MMP-9催化區(qū)中羧基末端特異性結(jié)合形成復(fù)合物，從而特異性抑制MMP-9的活性，共同維持呼吸道壁修復(fù)及破壞之間的平衡，參與支氣管、肺泡壁進(jìn)行性破壞和不可逆的呼吸道重構(gòu)過程[7]。

圖1 COPD組MMP-9、TIMP-1濃度、VEGF濃度與FEV1 /FVC%、FEV1占預(yù)計(jì)值(%)的相關(guān)性 A：MMP-9 與FEV1占預(yù)計(jì)值(%)的相關(guān)性；B：TIMP-1與FEV1占預(yù)計(jì)值(%)的相關(guān)性；C：VEGF與FEV1占預(yù)計(jì)值(%)的相關(guān)性；D： MMP-9 與FEV1 /FVC(%)的相關(guān)性；E：TIMP-1與FEV1 /FVC(%)的相關(guān)性；F：VEGF與FEV1 /FVC(%)的相關(guān)性

目前普遍認(rèn)為MMP-9、TIMP-1共同參與COPD氣道炎癥反應(yīng)、氣流受限、氣道重塑、血管重建等發(fā)病過程的多個(gè)環(huán)節(jié)，MMP-9/TIMP-1比值的失衡更是與COPD肺氣腫、肺心病的形成密切相關(guān)[8]。國內(nèi)外學(xué)者通過測(cè)定COPD患者痰液、肺組織、血清中的MMP-9及TIMP-1的濃度，多項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者比例異于健康人群。Vignola等得出結(jié)論:COPD 患者的痰液中MMP-9/ TIMP-1比例下降, 且與FEV1%呈正相關(guān), 此時(shí)以TIMP-1增多更顯著[9]。而鑒于肺組織標(biāo)本取得的風(fēng)險(xiǎn)性、痰標(biāo)本合格率等影響因素，把MMP-9及TIMP-1在外周血濃度作為COPD患者急性加重和氣道阻力的指標(biāo)可以更為方便地反映特定人群氣道阻力及氣道重塑的變化。本研究結(jié)果顯示，COPD急性加重期患者血清中MMP-9、TIMP-1含量以及MMP-9/TIMP-1比值高，穩(wěn)定期患者上述指標(biāo)亦增加，且前者增高更為明顯。上述指標(biāo)均且與氣道阻力指標(biāo)(包括FEV1/FVC%，F(xiàn)EV1占預(yù)計(jì)值%)均成負(fù)向關(guān)系，部分結(jié)果與國外學(xué)者Higashimoto研究相符[10]。

COPD的患病率及病死率在最近年來呈逐漸上升趨勢(shì), 并有可能在2020年之前成為全球第3位死亡原因[4]。氣道重塑是COPD疾病進(jìn)程中復(fù)雜的病理生理過程，涉及多種因素，最終導(dǎo)致不可逆的氣流受限[11-12]。近年來，血管新生機(jī)制在COPD氣道重塑中的作用受到很多學(xué)者的關(guān)注[13-14]。國內(nèi)外研究認(rèn)為，許多血管生成促進(jìn)因子參與了血管新生和肺血管重構(gòu)的進(jìn)程，其中VEGF被認(rèn)為是其中最重要的因子之一[15-16]。而近年來，血管VEGF信號(hào)通道在COPD氣道重塑中的作用受到越來越多的關(guān)注[17-18]。近年有研究[19]認(rèn)為VEGF 與COPD 的發(fā)病可能有密切關(guān)系，并參與了COPD的病情進(jìn)展。

VEGF是血小板衍生生長因子家庭成員之一，分為VEGF-A, -B, -C, -D, -E六個(gè)等型，VEGFR-1、-2、-3三個(gè)血管內(nèi)皮生長因子受體與各等型特異性相結(jié)合而發(fā)揮不同的生物學(xué)特性[20]。在COPD 病程中, 多種病因造成氣道上皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷, 激活炎癥反應(yīng), 刺激VEGF表達(dá), 肺組織及血中VEGF水平升高并與VEGFR結(jié)合,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、增加微血管通透性，促進(jìn)血管增生并修復(fù)血管損傷[21]，同時(shí)刺激平滑肌細(xì)胞分裂增殖，支氣管壁和血管壁的基質(zhì)增厚，參與慢性炎癥和血管生成，由此導(dǎo)致了氣道重塑，臨床上表現(xiàn)為進(jìn)行性加重的氣道阻塞[22-23]。

本研究COPD兩個(gè)亞組血清VEGF水平均高于對(duì)照組，急性加重組升高更為顯著，可能與急性加重期患者缺氧加重[24]，炎癥介質(zhì)釋放增加，肺血管重構(gòu)加重，造成VEGF的高表達(dá)[25]有關(guān)。本研究亦顯示，COPD患者血清VEGF水平與氣道阻力指標(biāo)(包括FEV1/FVC%，F(xiàn)EV1占預(yù)計(jì)值%)成負(fù)向關(guān)系，這進(jìn)一步證實(shí)了VEGF是參與COPD血管重塑和氣道重塑的重要物質(zhì)，與Anna等[26]的研究結(jié)果相符。

通過本研究可以表明，MMP-9，TIMP-1與VEGF的表達(dá)與COPD嚴(yán)重程度及肺功能程度密切相關(guān)，這與MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1失調(diào)的水平參與了肺氣腫的形成，氣道阻塞以及VEGF參與血管重塑有關(guān)。MMP-9，TIMP-1及 MMP-9/TIMP-1的比率與VEGF明確的相關(guān)關(guān)系，其內(nèi)部是否存在調(diào)控機(jī)制尚需進(jìn)一步細(xì)胞層面研究。在 COPD 患者中，我們可以監(jiān)測(cè)其血清中 MMP-9，TIMP-1與VEGF的水平變化，預(yù)測(cè)其氣道重塑、血管重塑及肺功能情況，有著良好的靈敏性及特異性。目前國內(nèi)COPD患者的病情控制不良，COPD患者的生命質(zhì)量遠(yuǎn)差于健康人群[27]，因此在疾病早期控制病情進(jìn)展尤為重要。在疾病早期或急性加重期如可適當(dāng)使用兩種因子的抑制劑或臨床上的藥物調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)水平的變化，預(yù)防氣道和血管的重塑，以期對(duì)COPD的多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)控，更有利的減慢或逆轉(zhuǎn)肺功能的進(jìn)展。